Епігенетичну регуляцію роботи мозку побачили в реальному часі
Американські вчені розробили хімічну сполуку, що дозволяє спостерігати епігенетичну регуляцію роботи людського мозку в реальному часі. Результати дослідження опубліковані в журналі.
Один з найважливіших механізмів епігенетичної регуляції експресії генів - це ацетилювання (приєднання залишків оцтової кислоти до амінокислоти лізину) пов'язаних з ДНК білків-гістонів. Цей процес регулюється сімейством ферментів - деацетилаз гістонів (HDAC). З порушеннями активності HDAC пов'язані багато неврологічних, психічних та онкологічних захворювань, тому їх розглядають як перспективні мішені для потенційних ліків. При цьому як саме HDAC експресуються в різних відділах мозку в нормі і при патології, поки невідомо.
Співробітники Массачусетської лікарні загальної практики розробили позначене радіоактивним атомом вуглецю-11 з'єднання, яке селективно пов'язується з трьома ізоформами HDAC. Ці ізоформи мають найбільше значення для регуляції синаптичної пластичності і, як наслідок, когнітивних функцій. Основою для радіофармакологічного препарату, названого мартіностатом, стали наявні інгібітори HDAC, які застосовуються для лікування деяких видів раку.
Після введення препарату він накопичується в ділянках мозку пропорційно експресії в них HDAC. Вуглець-11 зазнає позитронного бета-розпаду з випусканням гамма-квантів, які реєструються стандартним позитронно-емісійним томографом, що дозволяє візуалізувати активність HDAC у різних мозкових структурах.
Після успішних експериментів на гризунах і приматах вчені випробували мартіностат на восьми здорових добровольцях. З'ясувалося, що в сірій речовині мозку експресія шуканих ізоформ HDAC майже вдвічі більша, ніж у білому. При цьому в самій сірій речовині вона розподілена нерівномірно: максимальний рівень спостерігався в мозочку і шкаралупі (структури мозку, відповідальні за рухи і різні види навчання), а мінімальний - в гіпокампі і мигдалині (вони відповідають за пам'ять, емоції та прийняття рішень). Подібний розподіл виявився приблизно однаковим у всіх обстежених.
Додаткові досліди зі зразками трупної мозкової тканини підтвердили, що мартіностат селективно пов'язується з ізоформами 1, 2 і 3 HDAC. Експерименти з клітинами - попередницями нейронів дозволили визначити гени, експресію яких регулюють ці ізоформи. Ними виявилися, зокрема, і необхідні для запам'ятовування і навчання, і ті, що забезпечують синаптичну пластичність, а також, залучений до процесів нейродегенерації.
«Можливість спостерігати епігенетичну регуляцію роботи мозку дає ключ до розуміння взаємодії генів і навколишнього середовища», - пояснив старший автор роботи Джейкоб Хукер (Jacob Hooker). Як пишуть дослідники, нова методика допоможе розібратися в механізмах розвитку багатьох захворювань, включаючи шизофренію і хворобу Альцгеймера, і, можливо, розробити нові ліки для їх лікування.